Solarstromspeicher Auswahlkriterien

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Kriterien für die Auswahl des richtigen Solarstromspeichers

Für die Wahl der Speicherart lassen sich keine pauschalen Empfehlungen machen. Die folgende Tabelle macht die Unterschiede zwischen Blei- und Lithiumspeichern deutlich:

Kriterien für die Speicherwahl © EuPD Research
Kriterien für die Speicherwahl © EuPD Research

Im Speziellen wird die Investitionshöhe im Wesentlichen von der Größe des passenden Speichers abhängen. Des Weiteren sind Möglichkeiten der Unterbringung sehr unterschiedlich und die Ansprüche an Zuverlässigkeit, Lebensdauer und Recycling-Fähigkeit des eingesetzten Akkus spielen eine Rolle. Wichtig ist, dass das System aus Photovoltaikanlage und Batteriespeicher optimal zusammen funktioniert. Bei der Auswahl eines Solarstromspeichers sollte auf folgende Merkmale geachtet werden, damit immer ausreichend Solarstrom zur Verfügung steht.

Speicherchemie

Bei den Heim- und Gewerbespeichern werden im Wesentlichen zwei Technologien zur Stromspeicherung genutzt:

Bleispeicher

Bleispeicher für Solarenergie © phaesun
Bleispeicher für Solarenergie © phaesun

Seit über 100 Jahren gibt es Bleiakkumulatoren nicht nur im Auto als Starterbatterie, sondern auch im generellen Einsatz als dezentralen Energiespeicher und als Notstromversorgung. Die Technik gilt als ausgereift und robust. Nachteilig sind das hohe Gewicht, die Verwendung von Schwermetall, sowie eine Verwendungsdauer von zumeist unter 10 Jahren. Der Lebensdauer abträglich sind häufige hohe Lade- / Entladeströme. Auch Speicherentladungen von mehr als 50% der Kapazität schaden dem Bleiakkumulator, was in der Praxis bedeutet, dass mit dem Batteriemanagementsystem die Entladung zum Wohle der Lebensdauer auf die Hälfte der Bruttokapazität eingestellt wird. Trotz dieser Nachteile wurden in der ersten Generation der Solarstromspeicher Bleiakkumulatoren verwendet, denn die Nachteile gleichen sie durch einen vergleichsweise niedrigen Preis aus. Einige Hersteller bieten im Vornherein einen Akkuaustausch nach 10 Jahren an, um eine marktübliche Sytemlebensdauer von 20 Jahren zu erhalten.

Blei-Akku-Stromspeicher benötigen einen belüfteten, sicheren Platz
Blei-Akku-Stromspeicher benötigen einen belüfteten, sicheren Platz

Lithiumspeicher

Lithiumspeicher © sonnen GmbH
Lithiumspeicher © sonnen GmbH

Seit 2015 nimmt der Marktanteil der Lithiumakkumulatoren erheblich zu. Dazu beigetragen haben aus der Forschung umgesetzte Ergebnisse insbesondere hinsichtlich der Betriebssicherheit und ein mit gestiegener Massenproduktion einhergehender Preisverfall. Bei den Lithiumspeichern unterscheidet man anhand der chemischen Zusammensetzung einige Unterarten, die eine Lebensdauer zwischen 15 und 25 Jahren und eine Entladetiefe zwischen 70% bis nahezu 100% aufweisen. Auch hier gilt wie bei den Bleispeichern: Eine schnelle Be- und Entladung geht zu Lasten der Lebensdauer oder erfordert den Einsatz teurerer chemischer Komponenten.

Ein Stromspeicher hilft den Eigenverbrauch zu erhöhen
Ein Stromspeicher hilft den Eigenverbrauch zu erhöhen
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Wirkungsgrad eines Solarstromspeichers

Der Wirkungsgrad beschreibt das Verhältnis zwischen dem zur Entnahmen zur Verfügung stehenden Strom in Bezug auf die vorher geladene Menge. Er wird in Prozent angegeben und benennt damit den Stromanteil, der tatsächlich genutzt werden kann. Die Differenz zu 100 Prozent gibt den Verlust an.
Der Systemwirkungsgrad setzt sich aus den folgenden Teilwirkungsgraden zusammen:

  • Der Photovoltaikanlagenwirkungsgrad berücksichtigt die Verluste in den Solarmodulen, der Verkabelung und im Wechselrichter.
  • Der Speicherwirkungsgrad errechnet sich aus den Lade- / Entladeverlusten und dem chemischen Wirkungsgrad des Lithium- oder Bleispeichers.

Oftmals separat aufgeführt ist der Geräteeigenverbrauch im Stand-by Betrieb für Lüfter und Steuerelektronik.

Tipp: Beim Studium der Datenblätter darauf achten, welcher Wirkungsgrad angegeben wird, denn nicht immer handelt es sich um den Gesamtwirkungsgrad. Manchmal ist nur ein Teilwirkungsgrad, wie der wenig aussagekräftige chemische Wirkungsgrad angegeben.

Lebensdauer eines Solarstromspeichers

Je länger ein Solarstromspeicher eingesetzt werden kann, desto wirtschaftlicher ist er für den Hausbesitzer. Die Lebensdauer eines Solarstromspeichers hängt dabei aber nicht nur von den Betriebsjahren ab, sondern auch von der Anzahl der Lade- und Entladezyklen. Diese werden von der Art der Batterietechnologie, aber auch von Faktoren wie der Tiefentladung, der Überladung und der Ladegeschwindigkeit beeinflusst.

Grundsätzlich wird von der Zyklus- und der kalendarischen Lebensdauer gesprochen. Während erstere die zu erwartende Anzahl der Lade- und Entladezyklen angibt, beschreibt die kalendarische Lebensdauer den Alterungsprozess des Materials. Es kann also sein, dass die kalendarische Lebensdauer vor der zyklischen erreicht wird.

Tipp: Käufer sollten auf eine vom Hersteller garantierte Lebensdauer von mindestens zehn Jahren achten. Im Garantiefall wird dann ein linearer Zeitwertersatz erstattet.

Notstromversorgung

Bei Ausfällen im öffentlichen Stromnetz kann die Stromversorgung mit entsprechender Technik weiterhin aufrechterhalten werden. Man unterscheidet:

  • Notstromfähigkeit
    Eine am Speichersystem montierte Steckdose kann bei einem Stromausfall genutzt werden.
  • Backupfähigkeit
    Der Speicher kann die Stromversorgung aufrechterhalten, allerdings nicht unterbrechungsfrei und nur mit begrenzter Leistung.
  • Unterbrechungsfreie Stromversorgung ( USV )
    Der Speicher hält die Hausstromversorgung ohne merkliche Unterbrechung bei einem Stromnetzausfall aufrecht.

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Zusammenspiel von Ladezyklen, Entladetiefe und Lebensdauer

Der DoD Wert ( Depth of Discharge ) bezeichnet die Entladetiefe: 100 % stehen für einen komplett entladenen Speicher, während 0 % für einen vollen Speicher steht.
Manchmal wird statt eines DoD Wertes auch ein SoC ( State of Charge ) Wert angegeben. Beide Werte werden historisch nebeneinander benutzt. Es handelt sich beim SoC um den Kehrwert des DoD, es bedeuten also 100 % einen vollen und 0% einen leeren Speicher.

Stromspeicher: Bezeichnungen des Speicherfüllstands
Stromspeicher: Bezeichnungen des Speicherfüllstands

Praktische Anwendung finden diese Werte in den Datenblättern der Hersteller bei der Beschreibung der nutzbaren Speicherkapazität, denn es lassen sich die meisten Speicher nicht komplett entladen. Es muss eine Restkapazität verbleiben, um die lange Lebensdauer zu gewährleisten.

Ein Beispiel zum Zusammenspiel von Lebensdauer und Entladetiefe:
Lebensdauer bei 80% DoD 10.000 Zyklen bedeutet, dass der Speicher seine Lebensdauer von 10.000 Lade- und Entladezyklen nur erreicht, wenn er nicht komplett entladen wird, sondern noch 20% Restladung im Speicher verbleiben. Ein Speicher mit 5 kWh Bruttospeicherkapazität hätte also nur eine nutzbare Nettokapazität von 4 kWh.

Für die Einhaltung dieser Anforderungen sorgt in der Regel das im Speichersystem enthaltene BatterieManagementSystem ( BMS ), das außerdem noch die folgenden Aufgaben wahrnimmt:

  • Koordinierung der einzelnen Speicherzellen im Speichersystem
  • Bestimmung der Entladetiefe
  • Fehlererkennung und ggfs. Abschaltung des Speichers
  • Strom & Spannungsmessung
  • Temperaturüberwachung
  • Ansteuerung und Kommunikation mit dem Wechselrichter

Obiger Beispielspeicher ist nach 10.000 Zyklen noch nicht am Ende seiner Lebenszeit. Er hat dann nur nicht mehr die volle Kapazität wie im Auslieferungszustand. Meist sind es dann noch zwischen 65% und 80% der Ausgangskapazität, die verbleiben. Auch diese Angabe findet sich in einem Datenblatt.

Tipp: Ein Speicher ist ebenso wie eine Photovoltaikanlage am Ende der nominalen Lebensdauer nicht defekt. Beide lassen sich mit niedrigerem Wirkungsgrad / Kapazität noch weiter betreiben.
Solarspeicher © Markus Dehlzeit, fotolia.com
Illustration Solarstromspeicher © Markus Dehlzeit, fotolia.com

Weitere Kriterien

Zunächst einmal natürlich die Speichergröße, sie richtet sich nach dem Energieverbrauch. Grob gesagt: Speichergröße in kWh = Jahresverbrauch in kWh / 1.000, d.h.: beim typischen Einfamilienhaus mit 4 Bewohnern und 4.000 kWh Jahresstromverbrauch ist ein Speicher mit 4 kWh Netto-Kapazität optimal. Wird der Speicher größer gewählt, gewinnt man nicht mehr so viel Autarkie hinzu, muss aber höhere Kosten und Abregelungsverluste in Kauf nehmen.

Stromspeicher: Typischer Speicherbedarf
Stromspeicher: Typischer Speicherbedarf

Speicherankopplung

Man unterscheidet zwischen der Speicherankopplung auf der Wechselstromseite (engl. Alternating Current, AC) und der Ankopplung auf der Gleichstromseite (engl. Direct Current, DC).

Bei der AC-Kopplung ist der Speicher mit dem Photovoltaiksystem über das Wechselstromnetz des Hauses verbunden. Die Be- und Entladung des Speichers erfolgt daher über einen separaten Wechselrichter, der an dem Speicher angeschlossen ist. Bei der Beladung wird die generatorseitige Gleichspannung zunächst durch den Photovoltaikwechselrichter in Wechselspannung und anschließend durch den Speicherwechselrichter wieder in Gleichspannung gewandelt. Zur Versorgung der Verbraucher im Haushalt wird der zwischengespeicherte Solarstrom anschließend wieder wechselgerichtet. Weil die Solaranlage und der Speicher über das Hausnetz miteinander gekoppelt sind, können beide unabhängig voneinander errichtet werden. Daher sind AC-gekoppelte Speicher besonders für die Nachrüstung von bestehenden Photovoltaiksystemen geeignet.

Bei der DC-Kopplung ist der Speicher mit dem Photovoltaiksystem „ohne Umweg“ direkt auf der Gleichspannungsseite verbunden. Die Beladung des Speichers erfolgt über einen Laderegler am Speicher. Bei der Entladung wird die eingespeicherte Gleichspannung durch den Photovoltaikwechselrichter in Wechselspannung gewandelt. Es können also durch die Verwendung von nur einem Wechselrichter gegenüber der AC-Kopplung Bauteile eingespart werden, was zu einem leicht besseren Wirkungsgrad und niedrigeren Kosten führen kann. Diese Lösung ist jedoch mit einer geringeren Flexibilität bei der Systemauslegung verbunden. Sie eignet sich besonders für Neuanlagen.

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